JPH1187214A - フォトマスクの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 設計グリッドに乗らないマスクパターンを形
成可能にし、かつ従来のマスクバイアスより細かな刻み
で半導体基板上に形成される感光性樹脂パターンの寸法
を制御する。 【解決手段】 マスク設計データでは、０．２μｍホー
ルパターン１と０．２５μｍホールパターン２は、いず
れも０．２μｍデータとなっている。そして、０．２５
μｍホールパターン２の部分には０．１５μｍデータ１
２が配置され、この部分をマスク描画時に２重露光を行
う。よって、オーバー露光により、０．２５μｍホール
パターン２はマスク上０．２２５μｍに形成され、半導
体基板上に、０．２μｍホールと０．２５μｍホールを
精度良く形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投影露光装置用の
フォトマスク、特に半導体製造工程で微細パターン形成
のために用いられるフォトマスクの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、半導体素子の製造工程において
は、半導体基板上にパターンを形成するために、主に光
リソグラフィ技術を用いている。光リソグラフィ技術で
は、縮小投影露光装置によりフォトマスク（透明領域と
遮光領域からなるパターンが形成された露光用原板であ
り、縮小率が１：１でない場合は、特にレチクルとも呼
ばれるが、ここでは、いずれもフォトマスクと呼ぶ）の
パターンを感光性樹脂の塗布された半導体基板上に転写
し、現像により感光性樹脂の所定のパターンを得ること
ができる。

【０００３】これまでの光リソグラフィ技術において
は、主に露光装置の開発、とりわけ投影レンズ系の高Ｎ
Ａ化により、半導体素子パターンの微細化へ対応してき
た。ここで、ＮＡ（開口数）とは、レンズがどれだけ広
がった光を集められるかに対応し、この値が大きいほど
より広がった光を集められ、レンズの性能は良いことに
なる。また、一般にレーレー（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）の式
として良く知られているように、限界解像度（解象でき
る限界の微細パターンの寸法）とＮＡには、Ｒ＝Ｋ１×
λ／ＮＡ（ここで、Ｋ１は感光性樹脂の性能等のプロセ
スに依存する定数）の関係があり、ＮＡを大きくするほ
ど、限界解像度は、より微細になってきていた。

【０００４】しかし、露光装置の高ＮＡ化により解象力
は向上するものの、逆に焦点深度（焦点位置のずれが許
容できる範囲）は減少し、焦点深度の点で更なる微細化
が困難となってきた。ここでも、実際の物理的説明は省
くが、先と同様レーレーの式として、焦点深度ＤＯＦと
ＮＡには、ＤＯＦ＝Ｋ２×λ／ＮＡ２（ここで、Ｋ２は
プロセスに依存する定数）の関係が成り立つことが知ら
れている。すなわち、ＮＡを大きくする程、焦点深度は
狭くなり、わずかな焦点位置のずれも許容できなくな
る。

【０００５】そこで、様々な超解像手法が検討されるよ
うになった。一般に、超解像手法とは、照明光学系，フ
ォトマスク，および投影レンズ系瞳面における透過率お
よび位相を制御することにより、結像面での光強度分布
を改善する手法である。

【０００６】また各種超解像手法のなかでも、照明光学
系の最適化による解像特性の向上、いわゆる変形照明法
は現実性が高く、近年、特に注目を集めている。

【０００７】各種超解像手法の提案により、光リソグラ
フィの限界は、露光波長以下に達している。しかし、こ
の解像限界近くのパターン形成においては、光近接効果
（Ｏｐｔｉｃａｌ ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ ｅｆｆｅｃ
ｔ）の影響が顕著になってきた。光近接効果とは、パタ
ーンがその周辺の他のパターンの影響を受け、形状およ
び寸法が変化する現象である。そのため、光近接効果補
正（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｃｏｒｒｅ
ｃｔｉｏｎ：以下、ＯＰＣという）が盛んに検討される
ようになった。これは、感光性樹脂パターンの変形とは
逆に、あらかじめマスクパターンを変形させておくこと
により、所望の感光性樹脂パターンを得る方法である。
ＯＰＣ手法には、単純にマスクパターンのサイズ変える
方法（マスクバイアス、パターンの一部のサイズを変え
る方法は特にジョグと区別される）や、パターンの角に
解像限界以下の微細パターンを配置するハットおよびセ
ルフ等の方法がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光近接効果補正においては、マスクパターンの寸法を変
化させていたため、ある一定の刻みでしかパターン寸法
を変化させられないという問題があった。マスクデータ
作成および描画装置の露光データは、すべてｘ，ｙ方向
とも等間隔のグリッド上に乗るように作成される。この
グリッドサイズは、マスク描画装置での制限で決定され
ている。すなわち、マスク描画装置の最小ビームサイズ
以上でなければ、寸法が保証できないためである。

【０００９】このグリッドマスク描画装置としては、主
に電子線描画装置が用いられるが、この最小ビームサイ
ズが０．０５μｍ程度である。この場合、露光装置の縮
小率が１／５であれば、結像面上（半導体基板上）で
は、０．０１μｍグリッドで設計できることになる。た
だし、マスク描画装置において、ビームを最小値まで絞
って描画することは実用的ではなく、この最小グリッド
は、あまり用いられていなかった。これは、ビーム径を
絞るほど同じ面積を描画する時間は、その寸法の２乗に
反比例して増加するためであり、最小ビーム径でマスク
全面を描画するには、１日以上かかってしまう。

【００１０】このような長時間の描画では、描画装置の
安定性がマスク精度に大きく影響するようになってしま
う。そのため、マスク上で安定して形成できるパターン
寸法刻みは０．１μｍであり、半導体素子の設計には、
その１／５の０．０２μｍ程度のグリッドサイズが用い
られていた。よって、光近接効果により転写パターンの
寸法が小さくなる場合に、マスクバイアスを付加する
と、反対に大きくなりすぎることもあり、マスク描画時
のグリッド以下の刻みで転写パターンの寸法を制御する
手法が必要とされていた。

【００１１】そして、このようなグリッドの制限のた
め、ＯＰＣ手法が適用できない場合が発生していた。た
とえば、次に示すコンタクトホールパターンのリニアリ
ティにおいても、マスク寸法のグリッドの問題が生じ
る。ここで、マスク寸法と、その得られた感光性樹脂パ
ターンの寸法との関係をリニアリティと呼ぶ。そして、
ホールパターンは、ラインパターンの２倍以上寸法変動
が大きくなる（リニアリティが悪い）ことは、良く知ら
れている。

【００１２】図９（ａ），（ｂ）には、ＫｒＦエキシマ
レーザー露光（ＮＡ＝０．５５、コヒーレントファクタ
ーσ＝０．８）における０．２μｍおよび０．２５μｍ
のホールパターンの光強度分布シミュレーションを示し
ている。また、図１０には、これらの光強度分布シミュ
レーションより求めたマスクパターン寸法と感光性樹脂
に転写されるパターン寸法との関係を示している。

【００１３】ここでは、０．２μｍのホールパターンの
寸法を設計値に合わせている。このようなマスク寸法と
転写寸法の関係は、リニアリティと呼ばれている。ここ
で、感光性樹脂パターン寸法は、光強度分布シミュレー
ションの結果より、ある一定値以上（スライスレベル）
の光強度で感光性樹脂が現像により除去されるいう簡便
な現像モデルを用いて寸法を求めたものである。そし
て、そのスライスレベルは、０．２ホールパターンが
０．２μｍとなる値に設定した。マスクパターン（半導
体基板上の値：１／５）と感光性樹脂パターンとの寸法
は、理想的な直線関係にはならず、大きなマスク寸法ほ
ど寸法が大きく外れることになる。

【００１４】このようにリニアリティが悪いと、０．２
μｍと０．２５μｍのホールパターンを同時に形成する
ことは困難であり、０．２μｍのホールパターンに露光
量を合わせると、０．２５μｍのホールパターンは０．
２９μｍ以上に大きくなってしまった。０．２５μｍの
ホールパターン用のマスク寸法を０．２２５μｍにすれ
ば、０．２５μｍの感光性樹脂パターンを得られるが、
これは、マスク描画時のグリッドのため、マスク作成が
不可能であった。

【００１５】一方、セリフ等のＯＰＣ手法を用いれば、
セリフのサイズによりホールパターンの寸法を更に細か
な刻みで変化させられる。しかし、セリフは微細なた
め、寸法が安定しないという問題があった。特に、電子
線描画装置のフィールドつなぎにセリフパターンがかか
ると、極端に寸法が変化するという問題が知られてい
る。セリフの寸法が小さくなると、感光性樹脂に転写さ
れるホールパターンの寸法が小さくなる。ホールパター
ンは、同寸法のラインパターンに比べて焦点深度が狭
く、寸法が小さくなると更に焦点深度が減少してしま
う。そのため、ホールパターンにおけるセリフの使用
は、困難であった。

【００１６】ホールパターンのリニアリティを改善する
ことにより、半導体素子の製造マージンを拡大する。た
とえば、ホールパターンが大きくなりすぎると、隣接パ
ターンが接触するという問題が生じ、反対に小さくなる
と、接合抵抗の上昇および焦点深度の低下という問題が
生じる。

【００１７】本発明の目的は、セリフのような微細パタ
ーンを用いずにホールパターンのリニアリティを改善す
るフォトマスクの製造方法を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係るフォトマスクの製造方法は、透明領域
と遮光領域から成るパターンを有し、透過照明により前
記パターンを感光性樹脂に転写するフォトマスクの製造
方法において、一部の透明領域パターンのデータを所望
の寸法より小さくし、かつ前記寸法を小さくした透明領
域パターンには、他の部分より高い露光量でパターンを
描画し所望の寸法に設定するものである。

【００１９】また、前記寸法を小さくした透明領域パタ
ーンの一部あるいは全体を２度露光することにより、パ
ターン寸法を所望の寸法に設定するものである。

【００２０】本発明は、寸法の異なるホールが存在する
マスクにおいて、まず小寸法ホールパターンを所望の大
きさよりグリッドに乗るように小さく設計する。たとえ
ば、先に述べた０．２μｍと０．２５μｍのホールパタ
ーンを同時に半導体基板上に開口する場合は、マスク上
では０．２５μｍのホールパターンを０．２２５μｍに
しておく必要があった。しかし、グリッドサイズの０．
００５μｍにしなければ、０．２２５μｍのデータは作
成できない。このように細かなグリッドは、マスク描画
装置の制限があり、使用できない。そこで、０．２５μ
ｍのホールパターンもデータ上はグリッドに乗る０．２
μｍとする。そして、マスク描画時に他のパターンより
露光量を高くすることにより所望の寸法に肥大させる。

【００２１】以上のように、マスクデータおよび描画装
置のグリッドサイズ以下の刻みでマスク寸法を設定する
ことにより、半導体基板上に形成される感光性樹脂パタ
ーンの寸法をより正確に制御する。

【００２２】特に、光近接効果補正においては、マスク
寸法を変化させ半導体基板上に所望の寸法の感光性樹脂
パターンを形成しているが、従来は、データ作成および
マスク描画時のグリッドサイズの制限があり、そのグリ
ッドサイズ以下の刻みで感光性樹脂パターンの寸法を制
御することができなかった。

【００２３】本発明のフォトマスク作製方法において
は、露光量により寸法を部分的に変化させているため、
従来のようにデジタル的ではなく、アナログ的に寸法を
制御して所望の寸法のマスクを作製することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
より説明する。

【００２５】（実施形態１）図１は、本発明の実施形態
に係るフォトマスク製造用のデータを示す図、図２は、
図１に示すデータを用いてマスク作成を行ったマスクパ
ターンを示す図である。なお、ここでは、露光装置とし
て、縮小率１／５倍（マスクパターン寸法：結像面上パ
ターン寸法＝５：１）、開口数ＮＡ＝０．５５、コヒー
レントファクターσ＝０．８のＫｒＦエキシマレーザー
（波長λ＝２４８ｎｍ）露光装置を用いることとする。

【００２６】また、マスク設計のグリッドは０．０２５
μｍであり、０．２μｍと０．２５μｍ（結像面上）ホ
ールパターンを同時に形成するものとして説明する。以
下、この説明では、マスク上の寸法も半導体基板上での
値で記述する（実際のマスクパターン寸法は、その５倍
の値である）。

【００２７】図１において、０．２μｍホール（開口
用）パターン１および０．２５μｍホール（開口用）パ
ターン２は、設計（ＣＡＤ）データ上では、いずれも
０．２μｍデータ１１となっている。そして、０．２５
μｍホールパターン２は、その内側にさらに２重露光用
データ１２（０．１５μｍデータ）が作成されている。

【００２８】そして、この設計データからマスク描画装
置用にデータ変換を行う際に、データの重なり箇所の処
理をせずに、この２重露光用データ１２（０．１５μｍ
データ）部分が２重露光されるようにする。一般に、マ
スク描画用データ変換においては、各パターンのつなぎ
部分が重なっていても、この部分を２重露光しないよう
にする処理を行っているが、本発明においては、この重
なり箇所の処理をせず２重露光を行っている。

【００２９】そして、この描画データを用いてマスク作
成を行ったマスクパターンを図２に示す。マスクパター
ンとは、透明基板１０１上に成膜されたクロム遮光膜１
０２に設計データ部分のクロム遮光膜を除去し開口をあ
けたものである。ここでは、０．２μｍホールパターン
１に露光量を合わせて露光を行っている。このとき、内
部が２重露光される０．２５μｍホールパターン２はオ
ーバー露光となるため、寸法が太り、０．２２５μｍと
なる。この０．２２５μｍという値は、図３に示すリニ
アリティより求めた寸法である。マスク上に０．２μｍ
ホールパターンで０．２μｍの感光性樹脂パターンが得
られる条件で、０．２５μｍの感光性樹脂パターンを得
るには、図３の縦軸（感光性樹脂パターン寸法）の０．
２５μｍ位置から水平に線を引き、リニアリティの曲線
との交点を求め、その交点の横軸（マスク寸法）を読め
ば、０．２２５μｍホールパターンが必要であることが
解る。よって、本マスクを用いて感光性樹脂の塗布され
た基板上に露光を行えば、図４に示すように０．２μｍ
ホールパターン１と０．２５μｍホールパターンを同時
に感光性樹脂１０３上に精度良く形成することができ
る。

【００３０】なお、このように２重露光を行いパターン
を肥大させる場合は、その重ね合わせの形状および面積
により寸法が制御できる。

【００３１】また、ここでは、０．２μｍデータの内側
に２重露光用のデータを配置したが、２重露光の方法
は、これ以外にも可能である。たとえば、図５に示すよ
うに、０．２μｍデータ１１の外周に一定の幅で２重露
光用のデータ２２を配置しても良い。また図６に示すよ
うに、０．２μｍホールパターン１１の４隅に２重露光
用のデータ３２を配置すれば、パターン寸法の制御だけ
でなく、コーナー部の丸まりを改善することができる。

【００３２】（実施形態２）次に、本発明の実施形態２
に係るフォトマスクの製造方法について説明する。ここ
でも、先の実施形態１と同様の露光条件とし、半導体基
板上に０．２μｍおよび０．２５μｍのホールパターン
を形成するフォトマスクの設計について説明する。

【００３３】図７に、本マスク製造方法で用いる設計デ
ータを示す。ここでも、０．２μｍホール（開口用）パ
ターン１および０．２５μｍホールパターン２は、設計
（ＣＡＤ）データでは、いずれも０．２μｍデータ１１
ａ，１１ｂとなっている。また、本実施形態では、２重
露光を行わず、描画装置に近接補正機構（たとえば、シ
ョットランク補正：パターン毎に露光量を設定する機
能）がある場合に、これを利用しても同様の効果が得ら
れるようにしている。

【００３４】すなわち、パターンを肥大させる０．２５
μｍホールパターン２には、特別の露光量のランクが設
定され、０．２μｍデータ１１ｂは同じ０．２μｍデー
タ１１ａより２０％のオーバー露光となるように設定さ
れている。よって、本マスク描画データを用いてマスク
描画を行うと、０．２５μｍホールパターン２はマスク
上で０．２２５μｍホールパターンに加工することがで
きる。よって、このマスクを用いて露光を行えば、感光
性樹脂に０．２μｍと０．２５μｍのホールパターンを
同時に形成できる。

【００３５】近接効果補正とは、マスク描画時にパター
ンの粗密によりパターン寸法が変動することであり、そ
のために、特定のパターンの露光量を別々に設定する手
法がとられる。よって、これは設計データどうりのマス
クパターンを形成する手法であるが、本発明において
は、グリッドに乗らないパターンを形成するために、こ
の機能を利用している。そのために、所望のマスクパタ
ーン（グリッドには乗っていない）より小さく、かつグ
リッドにのる寸法で設計データを作成している。そし
て、露光量で太らせ、所望のマスクパターンに仕上げ
る。設計データを小さくするのは、マスク描画時の感光
性樹脂パターンが、露光量が低い場合（アンダー露光）
より高い場合（オーバー露光）の方が形状が良くなり、
かつ寸法精度も良いためである。

【００３６】（実施形態３）次に、本発明の実施形態３
に係るフォトマスクの製造方法について説明する。ここ
でも先の実施形態１と同様の露光条件とし、半導体基板
上に０．２μｍおよび０．２５μｍのホールパターンを
形成するフォトマスクの設計について説明する。

【００３７】図８に、本マスク製造方法で用いる設計デ
ータを示す。ここでも、０．２μｍホール（開口用）パ
ターン１および０．２５μｍホールパターン２は、設計
（ＣＡＤ）データでは、いずれも０．２μｍデータ１１
ａ，１１となっている。ただし、本実施形態では、２重
露光を行わずに、０．２５μｍホールパターン２には、
描画装置で解像されない程度の大きさの微細パターンが
形成されている。ここでは、１グリッドの大きさ（０．
０２５μｍ角）のパターンを１グリッドおきに配置して
いる。

【００３８】本ＣＡＤデータをマスク描画装置で描画す
ると、この微細パターンは解像されず、パターン形状を
各辺１／２グリッドづつ大きくする。よって、０．２５
μｍホールパターンは、マスクパターンでは０．２２５
μｍとなり、半導体基板上に転写したとき、０．２５μ
ｍホールを形成することができる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、一
旦パターンを大きくリサイズし、さらに、その部分をオ
ーバー露光することにより、グリッドに乗らないマスク
パターンを形成し、半導体基板上に所望の寸法の感光性
樹脂パターンを得ることができる。したがって、マスク
作製時のグリッドサイズの制限以上細かな刻みでリニア
リティを補正できるという効果を有し、リニアリティの
悪いホールパターンにおいて特に寸法精度向上の効果が
大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係るフォトマスクの製造
方法で用いる設計データを示す図である。

【図２】本発明の実施形態１に係るフォトマスクの製造
方法で得られるマスクパターンを示す平面図である。

【図３】本発明のフォトマスクの製造方法で用いるマス
クパターン寸法と感光性樹脂パターン寸法の関係（リニ
アリティ）を示す図である。

【図４】本発明の実施形態１に係るフォトマスクで得ら
れる半導体基板上の感光性樹脂パターンを示す平面図で
ある。

【図５】本発明のフォトマスクの製造方法で用いる設計
データの別の例を示した図である。

【図６】本発明のフォトマスクの製造方法で用いる設計
データの別の例を示した図である。

【図７】本発明の実施形態２に係るフォトマスクの製造
方法で用いる設計データを示した図である。

【図８】本発明の実施形態３に係るフォトマスクの製造
方法で用いる設計データを示した図である。

【図９】従来のフォトマスクを用いて得られる光強度分
布を示す図である。

【図１０】従来のフォトマスクで得られるホールパター
ンのリニアリティを示す図である。

【符号の説明】

１ ０．２μｍホールパターン ２ ０．２５μｍホールパターン １１，１１ａ，１１ｂ ２μｍデータ １２，２２，３２ ２重露光用データ １３ 微細パターン １０１ 透明基板 １０２ 遮光膜 １０３ 感光性樹脂

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明領域と遮光領域から成るパターンを
   有し、透過照明により前記パターンを感光性樹脂に転写
   するフォトマスクの製造方法において、 一部の透明領域パターンのデータを所望の寸法より小さ
   くし、かつ前記寸法を小さくした透明領域パターンに
   は、他の部分より高い露光量でパターンを描画し所望の
   寸法に設定することを特徴とするフォトマスクの製造方
   法。
2. 【請求項２】 前記寸法を小さくした透明領域パターン
   の一部あるいは全体を２度露光することにより、パター
   ン寸法を所望の寸法に設定することを特徴とする請求項
   １に記載のフォトマスクの製造方法。